Электрофорная машина один диск

Электрофорная машина Гольца

Исторический период наиболее активных экспериментальных исследований в области электрических явлений связан с появлением первых электростатических машин, действие которых позволяло получать электрическую энергию благодаря совершению механической работы.

Механическая работа заключалась во вращении определенных частей машины, при котором преодолевались силы притяжения (разноименных) и отталкивания (одноименных) электрических зарядов, присутствовавших на наэлектризованных элементах машины.

Эксперименты с подобными машинами способствовали лучшему пониманию исследователями того времени самой природы электричества и принципов электрических взаимодействий.

Создание первой электростатической машины трения историки приписывают немецкому ученому Отто фон Герике, который в 1650 году впервые создал такое устройство. Это была машина, работа которой основывалась на уже известном тогда явлении электризации тел трением. Однако машины трения обладали значительным недостатком — их работа требовала приложения больших механических усилий.

В отличие от машин трения, созданные позже электрофорные (индукционные) машины были лишены этого недостатка, поскольку для получения электрической энергии им не нужно было прямого контакта электризуемых частей с индуктором (с той частью, которая вызывала электризацию).

Так, первая электрофорная машина, то есть такая электростатическая машина, которая не требовала взаимного трения ее частей для получения электризации, была построена в 1865 году немецким физиком Августом Теплером. Изобретатель придерживался мнения, что именно электрофорные машины позволят эффективно получать электричество за счет преобразования механической энергии.

Примерно в это же время немецкий физик Вильгельм Гольц (нем. Holtz), независимо от Теплера, спроектировал более простую и более эффективную электрофорную машину, которая производила большую разность потенциалов, и даже могла служить источником постоянного тока для осветительных целей. Именно машины Гольца стали первыми электрофорными машинами, которые появились в учебных кабинетах образовательных учреждений.

Главные части машины Гольца — два стеклянных диска и металлические гребенки, предназначенные для снятия заряда. Один из дисков закреплен неподвижно, а другой может вращаться. Диски установлены на общей оси. В одном из музейных экспонатов неподвижный диск имеет диаметр 100 см, тогда как вращающийся диск — 94 см.

Неподвижный диск опирается на эбонитовую пластину и поддерживается в вертикальном положении эбонитовыми же кружками на изолирующих стойках. В неподвижном диске вырезаны окна, на задней стороне которых наклеены неполные бумажные секторы, именуемые оправами.

Оправы оканчиваются бумажными язычками, передние заостренные края которых направлены к подвижному диску и немного изогнуты. Диски, оправы и язычки покрыты гуммилаком (смолистое вещество).

Вдоль горизонтального диаметра подвижного диска, спереди, с каждой из его сторон, установлены латунные гребенки. Эти гребенки соединены с соответствующими латунными кондукторами, на концах которых установлены проводящие шары, через которые проходят латунные стержни, оканчивающиеся с внутренней стороны шариками, с наружной — деревянными (изолирующими) ручками. Стержни можно двигать, отдаляя или сближая шарики.

К кондукторам могут быть присоединены лейденские банки (внутренними обкладками), наружные обкладки которых соединяются между собой проводником. Два латунных столбика спереди машины служат для присоединения проводов, к этим столбикам можно прислонить шарики, просто наклонив кондукторы.

Передний диск приводится во вращение посредством ременной передачи и системы шкивов, соединенных с рукояткой, с помощью которой экспериментатор и приводит данный механизм в движение. Однако, прежде чем начать работу с машиной, необходимо наэлектризовать бумажные секторы (оправы) разноименными зарядами (обозначим их как р+ и р-).

Данные оправы, будучи заряжены, благодаря явлению электростатической индукции, станут воздействовать на вращающийся диск, а диск в свою очередь будет воздействовать на гребенки О и О’.

По мере вращения диска, оправа (в окне F) с зарядом р+ наведет (индуцирует) отрицательный заряд на задней части m вращающегося диска, и заряд такого же знака будет притянут из гребенки О, опять же благодаря явлению электростатической индукции. Часть диска m’ примет отрицательный заряд от гребенки О, а сама гребенка О вместе со своим кондуктором С и шариком r поэтому станут заряжены положительно.

Итак, диск электризовался отрицательно с обеих его сторон (в местах m и m’), а кондуктор на левой стороне машины — положительно. Диск продолжает вращение, и вот, части его поверхности m и m’ подходят к окну F’, расположенному на неподвижном диске справа.

Влияние установленной здесь оправы с отрицательным зарядом p- усиливается поверхностью m’, значит с гребенки О’ в сторону диска будет притянут положительный заряд. Соответственно и кондуктор С’, и шарик r’ зарядятся отрицательно. Поверхность m принимает притянутый с гребенки положительный заряд. Диск продолжает вращение и цикл повторяется.

Электростатические генераторы считаются самыми древними источниками электрического напряжения: Как устроены и работают электростатические генераторы

Электрофорная машина один диск

Электрофорная машина из CD-дисков

На сайтах в интернете мы увидели, как примерно делают подобные вещи. И мы решили воссоздать данную машину из подручных материалов.

Нам понадобятся материалы:

— CD или DVD диски, две штуки;
— алюминиевый скотч или фольга (типа саянской);
— пластиковая карта или твёрдый картон;
— компьютерные куллеры, две штуки;
— фанера;
— оргстекло;
— металлическая проволока (можно алюминиевую), диаметром 4-7 мм и 2-3 мм;
— медная проволока 0,5 мм и 1-3 мм;
— двухсторонний скотч;
— лейденские банки или не полярные конденсаторы на кучу микрофарад;
— тетрадный лист;
— контакты для крепления проводов;
— Г-образные (4 шт) и П-образные (2 шт) стойки (уголки);
— резиновые ножки или ластик;
— выключатель;
— разъём для питания под адаптер;
— адаптер;
— изолента;
— саморезы;
— болты с гайками;
— ножницы по металлу;
— тонколистовой металл (чтобы можно было гнуть).

Нам понадобятся инструменты:

— штангенциркуль;
— ножницы;
— резак для бумаги;
— линейка;
— простой карандаш;
— транспортир;
— ручка;
— пила или лобзик;
— дрель;
— кусачки;
— пассатижи;
— отвёртка крестовая и обычная;
— циркуль;
— пинцет.

1. И так наша первая деталь это диски, на которых будет образовываться статический заряд. Для этого возьмём 2 штуки CD или DVD дисков, каких именно — значение не имеет, так как диаметр у них одинаковый.

Прежде всего нам нужно снять с него покрытие. Можно отшкрябать резаком.

И получаем вот такой чистый и прозрачный диск.

Далее нам надо наклеить на него алюминиевые лепестки.

Все размеры просчитаны и приведены схемы. Нам нужно 20 лепестков на одну сторону диска, т.е. на две стороны — 40 лепестков, а на два диска — 80 лепестков.

Общий вид расположения лепестков на диске.

Так как лепестков будет 80 то мы должны для копирования сделать лекало.

Для лекала можно взять обычную пластиковую карту, нанести на неё все размеры и вырезать лекало. За место пластиковой карты можно взять твёрдый и плотный картон.

Теперь разворачиваем алюминиевый скотч, бумажной стороной наружу.

Подставляем лекало и обводим его, копируем лепестки.

Будет длинная линия скотча из 80 лепестков.

Теперь лепестки надо наклеить на диск. Чтобы наклеить ровно надо создать трафарет.

Делаем трафарет на обычной бумаге, вычерчиваем при помощи карандаша и транспортира.

Схема начертания линий. Угол между линиями 18?.

Всего линий должно быть 20, т.е. по количеству лепестков на одну сторону.

Прикладываем диск к трафарету, точно в центр координат.

И резаком делаем насечки (прорезаем линии).

Теперь можно ровно наклеить лепестки.

Клеим по центру линии.

Получается вот такой диск.

Теперь с краю мы должны обрезать фольгу, так чтобы было ровно. Должно быть как на рисунке «B».

Первый диск готов, по такому же принципу делаем второй.

2. Вторая деталь — электропривод. Мы решили отказаться от ручного привода в пользу электрического. И решили сделать его из куллера от компьютера.

От куллера отрываем третий жёлтый провод, так как в дальнейшем он нам не понадобится.

Дальше нам нужно отсечь рёбра жёсткости, т.е. отсоединяем мотор от корпуса куллера.

Нам их надо отрезать не полностью, а оставить немного по краям 5-10 мм. Далее в этих остатках будем просверливать отверстия.

Теперь от моторчика отрываем все лопасти, они нам не нужны.

Удаляем остатки лопастей с нашего ротора, с помощью ножа для бумаги.

В середине рёбер жёсткости просверливаем отверстия.

Далее мы его будем крепить выпиленный кусок оргстекла, в котором то же сверлим отверстия.

Всего будет 13 отверстий. 2 вверху дла крепления рамки, 3 чуть ниже нужны для крепления электропривода, 2 внизу — для крепления оргстекла к Г-образным уголкам, 6 в середине — для крепления металлических держателей.

Прикручиваем моторчик к оргстеклу (далее планка).

Делаем те же самые операции для второго куллера. Учитывайте, что диски должны вращаться в противоположную сторону относительно друг друга.

3. Основание, мы сделали его из фанеры.

На деревянном основании закреплены П-образные держатели, под небольшим углом.

Г-образные уголки, по 2 шт напротив к друг другу.

Ещё на основании закрепили корпус из гнутого тонколистового железа, в котором находится выключатель соединённый с переходником под адаптер.

Схема стоек- держателей.

Схема расположения деталей на основании.

4. Всё, все компоненты нашей машины готовы, теперь мы переходим к сборке. На двухсторонний скотч клеим резиновые ножки к деревянному основанию.

Клеим 4 шт, по углам.

Теперь на уголки прикручиваем планку с моторчиком.

На моторчик с помощью скотча клеим диски.

Точно по центру.

Проверяем, чтобы нигде не отходило.

То же самое делаем со вторым моторчиком.

Мы их соединяем на гайки с болтами.

5. Теперь подробнее остановимся на контактах, рамках и т.д. Мы их гнём из алюминиевой проволоки.

Все по 2-е детали, кроме П-образной рамки-перемычки.

Схема Z-образной рамки, вид прямо и вид сверху. Изгибаем проволоку и в двух местах по середине сминаем её, в этих местах сверлим по одной дырки, они нужны для крепления рамки к стойке. На концах из тонкой медной проволоки сделаны контакты (зажаты в изгибе проволоки). С помощью контактов будем снимать эл. ток и напряжение с дисков.

Вторая рамка, в виде неполной буквы «Р». Контакты так же делаются из проволоки, только крепятся при помощи металлической полоски и болтов.

Плоский держатель выполнен из тонколистового железа. На конце находится зажим, он будет держать Р-рамку.

Электроды, сделаны из проволоки, на конце изогнутые ручки обмотанные изолентой. В середине в сплющенной области просверлена дырка для крепежа уголка-держателя.

Рамка-перемычка из тонкой проволоки, вид прямо и вид сбоку. Одна ножка немного длиннее другой. Концы изогнуты в форме круга, ими рамка будет крепиться к Z-рамкам и планкам.

6. Продолжаем монтаж деталей. Прикручиваем Z-рамку к планке, а контактами прижимаем к диску.

Так же делаем и со второй Z-рамкой. Потом к двум Z-рамкам прикручиваем рамку-перемычку.

На П-образную рамку прикручиваем контакт для крепления проводов.

То же самое делаем со вторым.

Делаем из толстой медной проволоки скобку, и зажимаем её в контактах.

Лейденские банки (первый электрический конденсатор, изобретённый голландским учёным Питером ван Мушенбруком) это не полярные конденсаторы большой ёмкости. Конструкция лёгкая по этому можно сделать их самому или поискать не полярные конденсаторы большой ёмкости.

Этот конденсатор состоит из корпуса (первый контакт) и полистиролового диэлектрика с латунным цилиндром (второй контакт).

Прикручиваем лейденскую банку к П-образной стойке.

Прикручиваем вторую л. банку.

Теперь возьмём электрод.

Электрод прикручивается сверху на конденсаторе.

Там же прикручивается держатель с зажимом.

То же самое делаем со вторым электродом и держателем.

Электроды могут двигаться относительно друг друга.

Теперь мы в зажимы держателей крепим Р-образную рамку.

Так же выравниваем и зажимаем вторую рамку.

Теперь проверяем наши сборные элементы и подкручиваем, чтобы ничего не болталось.

Соединяем провода электродвигателей и Припаеваем/прикручиваем к контактам выключателя и переходника под адаптер.

Теперь подключаем прибор к источнику питания. Диски начнут вращаться и между электродами начнёт проскакивать искра.

Схема работы электрофорной машины.

Секторы представлены движущимися квадратами, контактные щётки — стрелками. Красным цветом обозначен положительный заряд, зелёным — отрицательный.

Подробности изготовления и испытание смотрим по видео:

То же самое, но на механической тяге.

Немного информации и комментариев с различных форумов:

Джоник (http://how-make.ru):
. это статическое элекричество, не переменное, не постоянное! Здесь используется только разность потенциалов. Напряжение действительно около 20 000 (может быть и больше), но серьезного вреда для организма не нанесет, убивает ТОК (измеряется в амперх) а не напряжение (измеряется в вольтах) а тут ампераж 0.0000? в ообщем с гулькин хрен. Практического применения эта машинка пока не нашла, а может мы просто не доросли?

rast-security (http://how-make.ru):
В старых выпрямителях можно найти конденсатор емкостью 400мкф (и более) марки МБМ-бумажные обкладки. у него 2 вывода, + металл. корпус. Я с ним пробовал, лет 10 назад, результаты очень хорошие.

RAXsound (http://how-make.ru):
Чайникам: измерение напряжения на этой машине вольтметром, тестером и т.д. заканчивается плачевно для последнего 🙂
Самоделкиным: к машине можно подключить конденсатор, например 470пф х 18КВ (такие раньше в телевизорах старых попадались, зелёные цилиндрики. я подключал 4700пф х 20КВ), но обязательно параллельно разрядник с расстоянием 5мм, чтобы конденсатор не пробило 🙁 . итог: разряд нечастый, но явно с большей энергией.
P.S. у меня дома эта машина работает, как озонатор и кстати очень успешно 🙂

Demonos (http://steampunker.ru):
Отталкивался от того, что больше — лучше. Диски и так маленькие, пары обкладок «конденсаторов» пролетают относительно друг-друга с небольшой скоростью. Увеличивая количество пар обкладок, мы повышаем вероятность появления первичного заряда, чтобы машинка начала работать.
А, вот ещё тонкий момент, количество обкладок-лепестков должно быть чётным, чтобы щетки нейтрализаторов касались в какой-то момент одновременно центров нижнего и верхнего лепестка. Смысл в переносе электронов и умножении заряда, иначе машинка вообще не заработает.
И ещё. Летом, из-за повышенной влажности и больших утечек, самостоятельно может не схватываться. Требуется сообщить обкладкам первичный заряд насильственно, например расчёской заряженной коснуться.
Ещё обращу внимание на то, что в идеале оба искровых контакта должны быть выполнены в виде металлических шаров, для накопления заряда. Просто с проводками машина Вимшурста может не заработать из за высокой утечки коронного разряда.

alexkb1905 (http://www.youtube.com):
1. Если диски будут крутиться с разной скоростью то будет ли эта машина работать?
— . нет. Заряды должны «протикать» в системе одновременно. Поэтому для? привода стоит подобрать одинаковые эл. двигатели.
2. Если брать обычные конденсаторы то какой ёмкостью они должны быть?
— Обычные (метало-бумажные) конд. не годятся. Диэлектрик должен быть именно воздушным так как он насыщается зарядами как в генераторе Тесла. Чем больше ёмкость (размер) конденсатора тем мощьнее разряд. Корпус этих конд. можно изготовить из металич. фальги или консервной банки а второй контакт? из куска проволоки. Можно и вовсе обойтись без конденсаторов. Тогда разряд будет слабый но постоянный.
3. Диск нужно с двух сторон? алюминиевыми лепестками обклеивать?
— Нет. 1? диск оклеивается только с одной стороны. второй аналогично.

Составитель. Патлах В.В.
http://patlah.ru